RU2449088C2 - Method to strengthen landslide-hazardous boards of opencast mines - Google Patents

Abstract

FIELD: construction, road engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mining, namely to provision of stability for landslide-hazardous boards of opencast mines, slopes and dump pits. The method to strengthen landslide-hazardous boards of opencast mines includes drilling wells into a massif, formation of cracks in clayey rocks of the opencast mine board, filling of wells with a strengthening solution. Previously position of sliding surface is identified in the thickness of clayey rocks deposited in the opencast mine board and ledges are arranged along the board height. Wells are drilled at the board ledges at the right angle to the sliding surface to the depth that exceeds the distance to the sliding surface. Board is strengthened by formation of retaining structures from clayey rocks strengthened by thermal treatment and surrounding wells, in sections of their crossing with the sliding surface, and subsequent filling wells with a strengthening solution. The strengthening composition is a cement and sand mortar.

EFFECT: higher efficiency of strengthening, simplified technology of opencast mine boards in landslide areas.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а именно к обеспечению устойчивости бортов карьеров. Оно может быть использовано также для укрепления оползнеопасных склонов и отвалов.The invention relates to mining, namely, to ensure the stability of the sides of quarries. It can also be used to strengthen landslide hazardous slopes and dumps.

Известен способ термического укрепления грунтов, преимущественно в виде свай. Сущность способа заключается в образовании лидерной скважины, размещение в ней излучателя СВЧ-энергии, тепловое воздействие на окружающий скважину массив грунта в два этапа в течение заданного времени, извлечение из скважины и заполнение ее материалом, причем на первом этапе теплового воздействия ведут нагревание грунта до температуры, равной 150°С, с наименьшей мощностью излучения (15-17.25 кВт), а на втором - при наибольшей мощности излучения (50 кВт) с нагревом грунта до температуры, равной 1000°С.A known method of thermal strengthening of soils, mainly in the form of piles. The essence of the method consists in the formation of a leader well, the placement of a microwave energy emitter in it, the thermal effect on the soil array surrounding the well in two stages for a given time, extraction from the well and filling it with material, and at the first stage of the thermal effect, the soil is heated to a temperature equal to 150 ° C, with the lowest radiation power (15-17.25 kW), and on the second - with the highest radiation power (50 kW) with soil heating to a temperature equal to 1000 ° C.

Во время теплового воздействия осуществляют возвратно-поступательное перемещение излучателя вдоль скважины.During heat exposure, the emitter is moved back and forth along the well.

Недостатком способа является сложность технологии упрочнения, требующая специального дорогостоящего оборудования, и высокая энергоемкость способа. Кроме того, необходимость возвратно-поступательного перемещения излучателя по скважине создает опасность его утраты при обрушении стенок скважины.The disadvantage of this method is the complexity of the hardening technology, requiring special expensive equipment, and the high energy intensity of the method. In addition, the need for reciprocating movement of the emitter along the well creates the risk of its loss in the collapse of the walls of the well.

Известен также способ термического упрочнения грунта и устройство для его осуществления, который включает уплотнение грунта и его спекание путем воздействия электрическими разрядами между электродами. Спекание грунта осуществляют чередующимися разрядами на последовательных участках, ограниченных электродами.There is also known a method of thermal hardening of the soil and a device for its implementation, which includes compaction of the soil and its sintering by exposure to electric discharges between the electrodes. Sintering of the soil is carried out by alternating discharges in successive sections bounded by electrodes.

Недостатками способа являются высокая энергоемкость, трудности в обеспечении равномерного обжига грунта по длине скважин и отсутствие возможности обеспечения контроля за качеством упрочнения грунта.The disadvantages of the method are the high energy intensity, difficulties in ensuring uniform soil firing along the length of the wells and the lack of the ability to control the quality of soil hardening.

Известен способ плазменного упрочнения грунта. Сущность способа заключается в следующем: в скважине размещают плазмотрон и оплавляют им грунт дна скважины. Формирование ствола сваи осуществляют при подъеме плазмотрона со скоростью 1-3 м/ч. В местах формирования уширения ствола производят остановку плазмотрона на 5-7 мин.A known method of plasma hardening of the soil. The essence of the method is as follows: a plasmatron is placed in the well and the soil of the bottom of the well is fused with it. The formation of the pile shaft is carried out when lifting the plasma torch at a speed of 1-3 m / h. In places of formation of the broadening of the trunk, the plasmatron is stopped for 5-7 minutes.

Недостатком способа является сложность технологии упрочнения, требующая специального дорогостоящего оборудования, и высокая энергоемкость способа.The disadvantage of this method is the complexity of the hardening technology, requiring special expensive equipment, and the high energy intensity of the method.

Известен способ упрочнения породного массива вокруг выработки, по которому предварительно определяют необходимую толщину упрочняемого слоя горных пород, которая зависит от степени их обводненности. Затем по контуру горной выработки бурят шпуры с перебуром за толщину упрочняемого слоя горных пород. Через шпуры осуществляют предварительный нагрев горной массы по всей длине шпуров при 100-200°С в течение 8 ч. После этого производят обжиг упрочняемого слоя в течение 19-20 ч с постоянным повышением температуры от 200 до 1100°С. При этом достигается необходимая прочность глинистой массы, которая преобразуется в упрочненный слой и обеспечивает долговечную устойчивость горных выработок.A known method of hardening the rock mass around the mine, according to which the necessary thickness of the hardened rock layer is previously determined, which depends on the degree of water cut. Then, bore holes are drilled along the contour of the mine working with an excess beyond the thickness of the hardened rock layer. Through the holes, the rock mass is preheated over the entire length of the holes at 100-200 ° C for 8 hours. After this, the hardened layer is fired for 19-20 hours with a constant temperature increase from 200 to 1100 ° C. In this case, the necessary strength of the clay mass is achieved, which is converted into a hardened layer and provides long-term stability of the mine workings.

Основными недостатком такого способа упрочнения в обводненных глиносодержащих породах борта карьера являются низкая прочность сцепления упрочняемого слоя в борту со смежными слоями, т.е. слабое взаимодействие пород, залегающих по обе стороны упрочняемого слоя.The main disadvantage of this method of hardening in flooded clay-containing rocks of the pit side is the low adhesion strength of the hardened layer in the board with adjacent layers, i.e. weak interaction of rocks lying on both sides of the hardened layer.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПОЛЗНЕЙ НА КАРЬЕРАХ по патенту №2030508, 6 E02D 17/20, 1995.03.10. Способ включает бурение скважин в массив, заряжение их ВВ, заполнение скважины закрепляющим раствором, забивку устья скважины пробкой, нагнетание закрепляющего раствора в трещины массива, образованные гидроразрывом пласта посредством взрывания ВВ, при этом в качестве закрепляющего раствора используется химический раствор.Closest to the invention in technical essence and the achieved result, selected as a prototype, is the METHOD FOR PREVENTING LANDSCAPES ON CAREERS according to patent No. 2030508, 6 E02D 17/20, 1995.03.10. The method includes drilling wells into an array, charging their explosives, filling the well with a fixing solution, plugging the wellhead with a plug, injecting the fixing solution into the fractures of the array formed by hydraulic fracturing by blasting the explosives, using a chemical solution as the fixing solution.

Существенным недостатком данного способа является сложность технологии его осуществления, связанная с применением ВВ и трудностью контроля процесса упрочнения и оценки его эффективности. В результате чего создается угроза провоцирования оползня как на стадии гидроразрыва пласта, так и на стадии нагнетания химического раствора в массив.A significant disadvantage of this method is the complexity of the technology for its implementation, associated with the use of explosives and the difficulty of monitoring the hardening process and evaluating its effectiveness. As a result, a threat of landslide provocation is created both at the stage of hydraulic fracturing and at the stage of injection of the chemical solution into the array.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии укрепления бортов карьеров на оползнеопасных участках и повышение эффективности укрепления за счет образования подпорных конструкций в борту на пути возможного оползня.The technical result of the invention is to simplify the technology of strengthening the sides of quarries in landslide hazardous areas and increase the effectiveness of reinforcement due to the formation of retaining structures in the side on the way of a possible landslide.

Технический результат достигается тем, что способ предупреждения оползней, включающий бурение скважин в массив, формирование трещин в глинистых породах борта карьера, заполнение скважин закрепляющим раствором, согласно изобретению предварительно определяют положение поверхности скольжения в толще глинистых пород, залегающих в борту карьера, и располагают уступы по высоте борта, скважины бурят с уступов борта под прямым углом к поверхности скольжения на глубину, превышающую расстояние до поверхности скольжения, а укрепление борта осуществляют путем формирования подпорных конструкций из упрочненных термообработкой глинистых пород, окружающих скважины, на участках пересечения их с поверхностью скольжения с последующим заполнением скважин закрепляющим составом, при этом в качестве закрепляющего состава используют цементно-песчаный раствор.The technical result is achieved by the fact that a method of preventing landslides, including drilling wells into an array, forming cracks in clay rocks on the side of the quarry, filling the wells with a fixing solution, according to the invention, first determine the position of the sliding surface in the thickness of clay rocks lying on the side of the quarry, and have ledges the side height, wells are drilled from the side ledges at right angles to the sliding surface to a depth greater than the distance to the sliding surface, and They are created by forming retaining structures from heat-treated clay rocks surrounding the wells at the sites of their intersection with the sliding surface, followed by filling the wells with a fixing composition, and cement-sand mortar is used as the fixing composition.

Также технический результат достигается тем, что при заполнении скважин закрепляющим раствором в них предварительно размещают арматуру.Also, the technical result is achieved by the fact that when filling the wells with a fixing solution, reinforcement is preliminarily placed in them.

Также технический результат достигается тем, что бурение скважин в неустойчивых породах производят с обсадкой трубами, материал которых используется в качестве дополнительного топлива при термообработке и обжиге неустойчивых пород.Also, the technical result is achieved by the fact that drilling wells in unstable rocks is carried out with casing pipes, the material of which is used as additional fuel during heat treatment and firing of unstable rocks.

Сущность изобретения заключается в предварительном определении поверхности скольжения в борту карьера на участке залегания оползнеопасных пород по известной методике, бурении с уступов борта скважин, пересекающих поверхность скольжения, с последующей их термообработкой и бетонированием. В результате на пути возможного оползня образуются достаточно прочные подпорные конструкции из бетонных (железобетонных) свай и термоупрочненных пород.The essence of the invention lies in the preliminary determination of the sliding surface in the quarry on the site of occurrence of landslide hazardous rocks by a known method, drilling from ledges on the sides of the wells crossing the sliding surface, followed by their heat treatment and concreting. As a result, on the way of a possible landslide, sufficiently strong retaining structures are formed from concrete (reinforced concrete) piles and heat-strengthened rocks.

Укрепление борта на участке борта с неустойчивыми породами начинают с бурения скважин по линии сопряжении уступов с откосами перпендикулярно поверхности скольжения с перебуром ее на глубину, превышающую расстояние до линии скольжения. Далее прилегающие к скважинам породы на участках, расположенных по обе стороны точки пересечения расчетной линии скольжения, подвергают термообработке с помощью термогазогенераторов. На первом этапе термообработку производят при нагревании пород до 200°С. Она направлена на высушивание увлажненных глинистых пород вокруг скважин и развитие в них процесса трещинообразования.The side reinforcement on the side of the side with unstable rocks begins with the drilling of wells along the line of mating ledges with slopes perpendicular to the sliding surface with an excess of it to a depth exceeding the distance to the slip line. Next, the rocks adjacent to the wells in areas located on both sides of the intersection point of the calculated slip line are subjected to heat treatment using thermogas generators. At the first stage, heat treatment is performed when the rocks are heated to 200 ° C. It is aimed at drying the moist clay rocks around the wells and developing the process of crack formation in them.

При необходимости для создания более жестких конструкций на втором этапе термообработку производят до спекания пород при температуре от 800 до 1300°С.If necessary, to create more rigid structures at the second stage, heat treatment is performed before sintering the rocks at a temperature of from 800 to 1300 ° C.

Прочность этих конструкций в дальнейшем может быть еще более повышена путем заполнения скважин цементно-песчаным раствором, а также установкой в них арматуры.The strength of these structures in the future can be further enhanced by filling the wells with cement-sand mortar, as well as installing reinforcement in them.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

По данным геологической разведки устанавливают расположение и мощность залегания глинистых пород 1 (фиг.1) в борту карьера, анализируют физико-механические свойства пород, при этом дополнительно испытывают породы на обводненность, теплопроводность, определяют температуру спекаемости.According to geological exploration, the location and thickness of clay rocks 1 (Fig. 1) in the quarry are established, the physical and mechanical properties of the rocks are analyzed, and rocks are additionally tested for water cut, thermal conductivity, and sintering temperature is determined.

При проектировании на участке залегания глинистых пород 1 в борту карьера с помощью известной методики расчета устанавливают расположение поверхности скольжения 2 в их толще и определяют места формирования уступов 3 в борту.When designing clay deposits 1 on the quarry aboard, using the well-known calculation method, the location of the sliding surface 2 in their thickness is determined and the places for the formation of ledges 3 on the side are determined.

После формирования уступов на участках сопряжения откосов с площадками уступов 3 бурят ряды скважин 4 под прямым углом к линии поверхности скольжения 2 с перебуром за линию на расстояние, равное примерно ширине площадке уступа 3.After the formation of the ledges in the sections of the interface between the slopes and the platforms of the ledges 3, rows of wells 4 are drilled at right angles to the line of the sliding surface 2 with an excess of one line per distance equal to approximately the width of the platform of the ledge 3.

По окончании бурения на уступах рядов скважин в них размещают термогазогенераторы 5 и инициируют (электрическим, ударным или огневым способом) процесс термообработки пород 1. В зависимости от способа термообработки (например, с помощью термитного топлива) устья скважин заполняют забойкой. При этом расстояние между скважинами 4 в рядах (а) принимают по условию смыкания зон упрочнения (спекания) 6, образующихся у скважин после их термообработки (см. фиг.1). Этот параметр определяют, исходя из результатов испытаний пород при действии на них высоких температур и характеристик применяемого термитного топлива. Для большинства глинистых и глиносодержащих грунтов и пород этот параметр составляет от 1 до 2 м.After drilling is completed, thermogas generators 5 are placed on the ledges of the wells in them and the process of heat treatment of rocks 1 is initiated (electric, shock or fire). Depending on the method of heat treatment (for example, using thermite fuel), the mouths of the wells are filled with clogging. Moreover, the distance between the wells 4 in rows (a) is taken according to the condition of closing the zones of hardening (sintering) 6 formed at the wells after their heat treatment (see figure 1). This parameter is determined based on the test results of the rocks under the action of high temperatures and the characteristics of the thermite fuel used. For most clay and clay-containing soils and rocks, this parameter is from 1 to 2 m.

Термообработку скважин проводят с помощью термогазогенераторов (ТГГ) в два этапа. На первом этапе в скважинах размешают ТГГ, с помощью которых породы нагревают от 100 до 200°С в течение 8 часов. На втором этапе в скважинах размещают ТГГ с большим суммарным количеством выделяемого тепла и производят обжиг пород до спекания вокруг скважин при температуре от 800 до 1300°С в течение 2 часов.Heat treatment of wells is carried out using thermogas generators (TGG) in two stages. At the first stage, TGG is mixed in the wells, with the help of which the rocks are heated from 100 to 200 ° C for 8 hours. At the second stage, TGGs with a large total amount of heat are placed in the wells and the rocks are fired before sintering around the wells at a temperature of 800 to 1300 ° C for 2 hours.

В состав ТГГ (фиг.2) входит сгораемый корпус, например на основе полипропиленовой трубы, внутри которого находится термитный состав с инициатором.The composition of the TGG (figure 2) includes a combustible housing, for example, based on a polypropylene pipe, inside of which there is a termite composition with an initiator.

Основной частью ТГГ является набор шашек термитного состава 9 в полипропиленовом корпусе 13. Нижний торец корпуса представлен дном 11, на который навинчен направляющий конус 10. На верхнем торце расположен гермоввод 12 с инициатором 8. Дно, шашки и гермоввод закреплены на стержне 14 гайкой 16. Дно и гермоввод герметизируются уплотнительными резиновыми прокладками 15 и 17The main part of the TGG is a set of checkers of termite composition 9 in a polypropylene casing 13. The lower end of the casing is represented by the bottom 11, on which the guide cone is screwed 10. At the upper end there is a pressure seal 12 with initiator 8. The bottom, checkers and pressure seal are fixed on the shaft 14 with a nut 16. The bottom and the pressure seal are sealed with rubber gaskets 15 and 17

Запуск ТГГ осуществляется подачей напряжения постоянного тока на инициатор, который запускает экзотермическую реакцию разложения термитного состава с выделением тепла и газа.The triggering of the TGG is carried out by applying a DC voltage to the initiator, which starts the exothermic decomposition of the thermite composition with the release of heat and gas.

ТГГ является изделием одноразового применения.TGG is a single use product.

Заполнение скважин цементно-песчаным раствором производят при остывании пород до 40°С.The wells are filled with cement-sand mortar when the rocks cool down to 40 ° C.

В результате на пути оползня в плоскостях, перпендикулярных плоскости скольжения, в борту карьера создают подпорные конструкция из упрочненных пород и бетона.As a result, on the landslide path in planes perpendicular to the slip plane, retaining structures are made of hardened rocks and concrete in the pit side.

Для контроля за уровнем температуры в массиве между скважинами, смыканием зон упрочнения пород между ними и прочностью пород в зонах используют резервные скважины 7 (фиг.1), которые служат также для откачки воды, вытесняемой из пород при термообработке. В дальнейшем их также заполняют закрепляющим составом и используют в качестве дополнительного усиления подпорной конструкции в борту. Контроль за уровнем температуры производят с помощью термопар. Качество упрочнения пород определяют экспресс-методом по вдавливанию пуансонов в стенки скважин.To control the temperature level in the massif between the wells, the closure of the zones of rock hardening between them and the strength of the rocks in the zones, reserve wells 7 are used (Fig. 1), which also serve to pump out water displaced from the rocks during heat treatment. In the future, they are also filled with a fixing composition and used as additional reinforcement of the retaining structure in the board. Temperature control is carried out using thermocouples. The quality of rock hardening is determined by the express method of pressing punches into the walls of the wells.

Повышения прочности таких конструкций на срез достигают путем размещения в скважинах высокопрочной арматуры.Increasing the strength of such structures for shear is achieved by placing high-strength reinforcement in the wells.

При повышенной пластичности пород, при которых стенки скважин становятся неустойчивыми в процессе бурения, бурение скважин производят с обсадкой скважин трубами из материала, который при термообработке скважин сгорает, может быть использован в качестве дополнительного топлива или упрочняющего материала-заполнителя трещин.With increased plasticity of the rocks, in which the walls of the wells become unstable during the drilling process, the wells are drilled with casing of pipes made of material that burns out during heat treatment of the wells, and can be used as additional fuel or reinforcing crack filler material.

Claims (3)

1. Способ укрепления оползнеопасных бортов карьеров, включающий бурение скважин в массив, формирование трещин в глинистых породах борта карьера, заполнение скважин закрепляющим раствором, отличающийся тем, что предварительно определяют положение поверхности скольжения в толще глинистых пород, залегающих в борту карьера, и располагают уступы по высоте борта, скважины бурят с уступов борта под прямым углом к поверхности скольжения на глубину, превышающую расстояние до поверхности скольжения, а укрепление борта осуществляют путем формирования подпорных конструкций из упрочненных термообработкой глинистых пород, окружающих скважины, на участках пересечения их с поверхностью скольжения с последующим заполнением скважин закрепляющим составом, при этом в качестве закрепляющего состава используют цементно-песчаный раствор.1. A method of strengthening landslide-hazardous sides of quarries, including drilling wells into an array, the formation of cracks in clay rocks on the side of the quarry, filling the wells with a fixing solution, characterized in that they first determine the position of the sliding surface in the thickness of clay rocks lying on the side of the quarry, and have ledges on the height of the side, the wells are drilled from the ledges of the side at a right angle to the sliding surface to a depth greater than the distance to the sliding surface, and the side is strengthened by forming Bani retaining structures reinforced by heat treatment of argillaceous rocks surrounding a borehole, at their intersection portions with the sliding surface followed by filling the wells fixing composition, wherein as the fixing composition used cement-sand mortar. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при заполнении скважин закрепляющим раствором в них предварительно размещают арматуру.2. The method according to claim 1, characterized in that when filling the wells with a fixing solution, reinforcement is preliminarily placed in them. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурение скважин в неустойчивых породах производят с обсадкой трубами, материал которых используется в качестве дополнительного топлива при термообработке и обжиге неустойчивых пород. 3. The method according to claim 1, characterized in that the drilling of wells in unstable rocks is performed with casing pipes, the material of which is used as additional fuel during heat treatment and firing of unstable rocks.

Images